Введение к работе
Актуальность темы.
В условиях конкурентного, клиентоориентированного рынка доминирующей тенденцией развития машиностроительного производства является переход к мелко- и среднесерийности, что обусловлено необходимостью удовлетворения варьируемых требований потребителей конечной продукции. При этом перед предприятиями остро встает проблема сокращения сроков вывода продукции на рынок, что может быть достигнуто совершенствованием методов управления путём повышения степени их автоматизации.
В современной системе управления предприятием принято выделять четыре уровня автоматизации: уровень бизнес-логики (ERP-системы), уровень оперативного управления производством (MES-, ЕАМ- и APS-системы), уровень управления технологическими процессами (АСУ ТП) и уровень технологических процессов (промышленные контроллеры, оборудование с ЧПУ). При этом в условиях мелкосерийности уровень оперативного управления связан с решением наиболее значимых задач для данного типа производства. Одной из таких задач является оперативно-производственное планирование (ОПП), которое оказывает значительное влияние на основные показатели функционирования производственно-технологической системы. Без высокоэффективной системы ОПП невозможно управлять технологическими процессами адекватно запросам потребителя по срокам и объемам выпускаемой продукции.
Значительный вклад в решение проблем автоматизации ОПП внесли отечественные и зарубежные учёные и специалисты: В.И. Аверченков, Г.К. Го-ранский, P.P. Загидуллин, Н.М. Капустин, А.В. Костров, Р.И. Макаров, СП. Митрофанов, В.В. Павлов, В.А. Петров, А.Н. Соколов, Ю.М. Соломенцев, Б.Ф.Фомин, Е.Б. Фролов, М. Амен, Н. Бойсен, Т.Е. Воллман, К.Д. Грай, Р. Гуд-феллоу, Д.В. Ландватер, П. Мертенс и др.
Однако, проведенный анализ показал, что применяемые в настоящее время в АСУП / АСТПП методы ОПП не учитывают ряд существенных для мелкосерийного производства факторов, в частности, возможные простои технологического оборудования, непроизводственные задержки, имеющиеся объемы незавершенного производства и т.п. Указанные ограничения резко снижают эффективность АСУП / АСТПП, поэтому актуальной становится задача совершенствования автоматизированных методов.
Цель работы: сокращение сроков подготовки мелкосерийного машиностроительного производства за счет рационального выбора математического и информационного обеспечений автоматизированной подсистемы оперативно-производственного планирования.
Задачи:
1. Определить место подсистемы ОПП в интегрированной автоматизированной (корпоративной) системе управления мелкосерийным машиностроительным производством.
Выбрать целесообразные формализованные методы построения автоматизированной подсистемы ОПП как компоненты интегрированной автоматизированной системы управления мелкосерийным машиностроительным производством.
Синтезировать инфологическую модель (структуру базы данных) автоматизированной подсистемы ОПП, обеспечивающей эффективную организацию и ведение соответствующего информационного обеспечения.
Разработать математическое обеспечение подсистемы ОПП, позволяющее реализовать адекватное математическое описание и моделирование работы производственных участков мелкосерийного машиностроительного производства с целью построения эффективных (по заданному критерию) оперативных планов.
Разработать программное обеспечение подсистемы ОПП и провести ее опытную эксплуатацию на машиностроительных предприятиях.
Объектом исследования является машиностроительное предприятие с мелкосерийным типом производства.
Предмет исследования - методы и средства автоматизации ОПП.
Методы исследования: Для решения указанных задач использовались методы теории множеств, теории организации производства, теории расписаний, теории графов, теории систем массового обслуживания, эволюционные алгоритмы, методы имитационного моделирования, методы анализа иерархий. При проектировании подсистемы ОПП использовались стандарты и методологии CALS, UML, IDEFO, IDEF1X, IDEF3.
Научная новизна работы:
На основе сопоставительного анализа существующих подходов к построению интегрированных АСУП и их практических реализаций определено место автоматизированной подсистемы ОПП применительно к условиям мелкосерийного машиностроительного производства.
Построена аналитическая модель функционирования автоматизированной подсистемы ОПП в виде многомерной нелинейной задачи оптимизации с ограничениями, отражающими особенности организации технологических процессов в мелкосерийном машиностроительном производстве.
Синтезирована структура информационного обеспечения автоматизированной подсистемы ОПП, обеспечивающая формирование близких к оптимальным оперативно-производственных планов в условиях мелкосерийного машиностроительного производства.
На основе аппарата сетей Петри разработана математическая модель, позволяющая осуществлять имитационное моделирование функционирования производственных участков мелкосерийного машиностроительного производства.
На основе теории эволюционной оптимизации разработано математическое и алгоритмическое обеспечение автоматизированной подсистемы ОПП, позволяющее формировать близкие к оптимальным оперативные планы работы производственных участков мелкосерийного машиностроительного производства.
Практическая значимость работы заключается в том, что результаты исследований легли в основу реальных алгоритмов, методик и средств автоматизированной подсистемы оперативно-производственного планирования мелкосерийного машиностроительного производства. В частности, практическим результатом диссертации является реализованные программный модуль и база данных «"Синтез технологических маршрутов" интегрированной системы кон-структорско-технологической подготовки машиностроительного производства», что подтверждается соответствующими свидетельствами о государственной регистрации №2009613086 и №2009620328.
Основные результаты диссертации, полученные автором при выполнении исследований, прошли проверку в условиях опытно-промышленной эксплуатации на предприятиях Костромской завод деревообрабатывающих станков ООО «КОДОС-Станкоагрегат» и ОАО Костромской калориферный завод. В результате проверки была подтверждена эффективность использования предлагаемых методических подходов и моделей, что подтверждено соответствующим актом внедрения.
Апробация работы и внедрение результатов исследования. Основные положения и отдельные результаты исследования докладывались и обсуждались на: Международной практической конференции (Прага, 2008); Международной научно-технической конференции "Современные наукоемкие инновационные технологии развития промышленности региона" (Кострома, 2008); Международной научно-практической конференции "Теоретические знания - в практические дела" (Омск, 2008); Всероссийской межвузовской конференции молодых ученых (Санкт-Петербург, 2008); Всероссийской научно-практической конференции "Системы промышленного и информационного сервиса" (Кострома, 2008); семинарах ВлГУ (2008, 2010) и КГУ им. Н.А. Некрасова (2008 - 2010).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ, в том числе 2 - в изданиях по перечню ВАК.
Структура и объем работы. Диссертационная работа объемом 131 с, состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованных источников, приложения и содержит 51 таблицу и 45 рисунков.
